กลศาสตร์ของไหล หรือเรียกสั้น ๆ ว่า Fluids นับเป็นสสารที่ไหลให้เกิดเป็นรูปทรง รูปร่างต่าง ๆ ตามภาชนะบรรจุ และเมื่ออยู่ในสภาวะสมดุลแล้วของไหลก็จะไม่สามารถรับแรงเฉือนอีกต่อไปได้ ปกติแล้วของไหลทุกชนิดบนโลกมักเกิดการยุบตัวไปตามความกดดันเล็กน้อย ซึ่งในที่นี้จะเป็นอะไรไปไม่ได้เลยนอกจากของเหลวและแก๊ส ตามหลักกลศาสตร์ของไหลนั้นมีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของของไหลและแรงที่เกิดขึ้นภายในตัวเอง จัดเป็นส่วนหนึ่งของวิชาฟิสิกส์ที่มีเรื่องควรรู้และทำความเข้าใจอย่างที่สุด

คุณสมบัติของกลศาสตร์ของไหลที่ควรรู้

ในส่วนของคุณสมบัติกลศาสตร์ของไหล หรือ Fluid Mechanics ก็จะมีหลากหลายรูปแบบที่แตกต่างกันออกไป ลองไปสำรวจดูว่าแต่ละคุณสมบัติน่าสนใจมากขนาดไหน

1. ความหนาแน่นสัมพัทธ์

หรือความถ่วงจำเพาะเป็นอัตราส่วนที่เกิดขึ้นระหว่างความหนาแน่นของสารนั้นกับความหนาแน่นของสารอ้างอิง โดยทั่วไปความหนาแน่นอ้างอิงมักจะนิยมนำเอาความหนาแน่นของน้ำบริสุทธิ์อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส มาใช้เป็นตัวประเมิน

2. ความหนาแน่น

คือมวลสารที่มีต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ความหนาแน่นเป็นลักษณะที่ทำให้ได้รู้ถึงคุณสมบัติทางกายภาพของสสารที่ก่อตัวขึ้น โดยในทางกลศาสตร์ของไหลเบื้องต้นนั้นจะกำหนดความหนาแน่นเป็นค่าคงตัวได้ (ของไหลจะมีความเร็วที่ต่ำกว่าความเร็วเสียงมาก)

3. ความตึงผิว

จะเป็นแรงของของเหลวและโมเลกุลที่ดึงกันไว้ ทำให้ผิวของเหลวมีความตึงและราบเรียบ ซึ่งความตึงที่เกิดขึ้นจะแตกต่างและไม่เท่ากัน แม้จะมีอุณหภูมิเดียวกันก็ตาม สำหรับของเหลวชนิดหนึ่งผิวที่ตึงจะเปลี่ยนไปเมื่อของเหลวมีสารเจือ เช่น น้ำสบู่ หรือน้ำเกลือ ระดับความตึงผิวที่น้อยมากกว่าน้ำ และเมื่ออุณหภูมิของของเหลวเพิ่มความตึงผิวก็จะลดลง โดยแรงดึงผิวมักมีทิศที่ขนานกับผิวด้วย และยังตั้งฉากกับขอบของของเหลวสัมผัส

4. ความดันที่มีอยู่ในของเหลว

แรงดัน หรือ Force, F เป็นผลคูณของพื้นที่ที่ถูกแรงกระทำกับความดัน โดยแรงดันนั้นจะมีปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งค่าที่ใช้วัดเรียกหน่วยว่า “นิวตัน” ส่วนความดัน หรือ Pressure, P คืออัตราส่วนระหว่างแรงที่กระทำต่อพื้นที่ที่ถูกแรงกระทำ แรงกระทำต้องตั้งฉากกับพื้นที่ ความดันจะเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยวัดเป็นนิวตันต่อตารางเมตร หรือพาสคัล (Pa)

5. ความหนืด

ในส่วนของของไหลที่มีความหนืดอยู่มากก็จะมีแรงต้านการเคลื่อนที่อยู่ ซึ่งมีผลมาจากความหนืดของของไหล หรือที่เรียกว่าแรงหนืด โดยที่แรงหนืดจะกระทำต่อวัตถุขึ้นอยู่กับความเร็วของวัตถุและแรงการเคลื่อนที่ของวัตถุก็จะมีทิศทางที่ตรงกันข้าม

6. ความโค้งที่มีของผิวของเหลว

ของเหลวที่มีอยู่ในภาชนะจะมีลักษณะผิวแบบโค้งเว้า ขึ้นอยู่กับแรงยึดติดที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลที่มีชนิดแตกต่างกัน กับแรงเชื่อมแน่นที่เกิดขึ้นของโมเลกุลชนิดเดียวกัน

กลศาสตร์ของไหล : ของไหลอุดมคติ

กลศาสตร์ของไหล (Fluid Mechanics) : ของไหลอุดมคตินั้นจะมีสมบัติที่เกี่ยวข้องกัน 4 ข้อ คือ การไหลแบบคงตัว หรือ Steady Flow, การไหลแบบอัดตัวไม่ได้ หรือ Incompressible Flow, การไหลแบบหมุน Irrotational Flow และการไหลแบบไม่มีความหนืด หรือ Non-viscous flow โดยสามารถทำความเข้าใจลักษณะของการไหลให้ง่ายขึ้นด้วยเส้นกระแส สมการแบร์นูลลี และสมการการต่อเนื่อง

กลศาสตร์ของไหล : พลศาสตร์ของไหล

ปัจจุบันได้มีการแบ่งการเคลื่อนที่ของของไหลออกเป็น 2 ประเภท นั่นคือ การไหลแบบปั่นป่วน หรือ turbulent flow ที่จะเกิดขึ้นเมื่อมีการเคลื่อนที่ของของไหลกับความเร็วมากจนถึงค่าหนึ่งได้ ซึ่งลักษณะจะเป็นไม่เป็นรูปแบบ ยุ่งเหยิง ซับซ้อน
ขณะที่อีกประเภทคือการไหลแบบราบเรียบ หรือ laminar flow จะเคลื่อนที่ตรงข้ามคือลักษณะการไหลเป็นระเบียบ มีชั้นของไหลติดกันเลื่อนผ่านกันไปราบเรียบดี ไม่มีปะปน แต่ละอนุภาคก็จะมีเส้นทางการไหลที่ไม่ตัดกัน
และทั้งหมดนี้ก็เป็นเรื่องของกลศาสตร์ของไหล (Fluid Mechanics) ตามหลักฟิสิกส์ที่มีหลายสิ่งให้ทุก ๆ คนได้ทำความเข้าใจ ไม่ว่าจะเป็นคุณสมบัติพื้นฐาน ของไหลอุดมคติ หรือพลศาสตร์ของไหล ที่ล้วนแล้วแต่มีความสำคัญอย่างมาก ซึ่งก็หวังว่าจะสร้างความเข้าใจและสามารถนำไปปรับใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพไม่มากก็น้อย